Paul Rothemund: Casting spells with DNA

Поль Ротмунд делает заклинания с помощью ДНК

Переводчик: Namik Kasumov Редактор: Paul Shoust

There's an ancient and universal concept that words have power,

С древности существует универсальная идея о том, что слова имеют силу,

that spells exist,

силу заклинания, что если произнести нужные слова,

and that if we could only pronounce the right words,

then -- whoosh! -- you know, an avalanche would come

то тогда со свистом сойдет лавина

and wipe out the hobbits, right?

и сметет все вокруг. Мысль весьма привлекательна:

So this is a very attractive idea,

because we're very lazy, like the Sorcerer's Apprentice,

ведь каждый из нас ленив, как Ученик Чародея, или как

or the world's greatest computer programmer.

величайший в мире программист [на фото– Линус Торвальдс]

This idea has a lot of traction with us.

Эта мысль приобрела среди нас притягательную силу.

We love the idea that words, when pronounced,

Нам понравилось, что сказанное слово –

are little more than pure information,

а слова лишь немного больше, чем чистая информация – вызывает

but they evoke physical action in the real world

физическое действие в реальном мире

that helps us do work.

и помогает нам чего-то добиться.

Конечно, при обилии компьютеров и роботов,

So, of course, with lots of programmable computers

and robots around,

это нетрудно себе представить.

this is an easy thing to picture.

How many of you know what I'm talking about?

Кто понимает, о чём речь – поднимите

Raise your right hand.

правую руку. Прекрасно.

How many don't know what I'm talking about?

Кто не понимает, о чём речь – поднимите левую руку. Прекрасно.

Raise your left hand.

Очень хорошо. Это было совсем несложно.

So that's great. So that was too easy.

You guys have very insecure computers, OK?

Скажу вам, что ваши компьютеры очень ненадёжны.

Дело в том, что речь идёт о совершенно другом заклинании – о составленной

So now the thing is, this is a different kind of spell.

This is a computer program made of zeros and ones.

из нулей и единиц программе.

Его можно «произнести» на компьютере и оно сотворит, например, вот это.

It can be pronounced on a computer, does something like this.

А главное – его можно записать на языке высокого уровня.

The important thing is we can write it in a high-level language.

Компьютерный чародей может написать заклинание,

A computer magician can write this thing.

оно будет скомпилировано в нули и единицы и будет

It can be compiled into zeros and ones and pronounced by a computer.

«произнесено» на компьютере.

And that's what makes computers powerful,

Сила компьютеров в том, что

these high-level languages that can be compiled.

они могут компилировать языки высокого уровня

And so, I'm here to tell you, you don't need a computer

Так я вам вот что скажу: чтобы делать заклинания

to actually have a spell.

компьютер совсем не нужен. На самом деле,

In fact, what you can do at the molecular level

информацию можно кодировать на молекулярном уровне –

is that if you encode information --

you encode a spell or program as molecules --

заклинание или программа кодируется в виде молекул –

then physics can actually directly interpret that information

а затем физические свойства интерпретируют информацию напрямую,

and run a program.

в результате чего запускается программа. Так работает белок.

It's what happens in proteins.

When this amino-acid sequence gets pronounced as atoms,

Когда эта последовательность аминокислот «произносится»

these little letters are sticky for each other.

в виде атомов – а эти буквы между собой склеиваются, – то

It collapses into a three-dimensional shape that turns it into a nanomachine

последовательность сворачивается в трёхмерную форму, которая превращается

that actually cuts DNA.

нано-механизм по разрезанию ДНК.

The interesting thing is that if you change the sequence,

Интересно, что если изменить последовательность, то она

you change the three-dimensional folding.

свернётся в другую трёхмерную форму. И теперь уже превратится

You get, now, a DNA stapler, instead.

в механизм по скреплению ДНК. Такой тип молекулярных программ

These are the kind of molecular programs we want to be able to write.

мы и хотим научиться писать.

The problem is, we don't know

Но проблема в том, что мы не знаем машинный язык для белков,

the machine language of proteins or have a compiler for proteins.

у нас нет компилятора для белков.

So I've joined a growing band of people

Я присоединился к растущему сообществу тех, кто пытается создать

that try to make molecular spells using DNA.

молекулярное заклинание с помощью ДНК. Интерес к ДНК вызван тем, что она дешевле,

We use DNA because it's cheaper, it's easier to handle,

it's something we understand really well --

с ней легче работать и её устройство достаточно ясно.

Настолько ясно, что мы готовы создавать

so well, in fact, that we think we can actually write

programming languages for DNA and have molecular compilers.

языки программирования для ДНК и молекулярные компиляторы.

So then, we think we can do that.

Мы считаем, что это возможно. А потому один из моих первых вопросов был:

One of my first questions doing this was:

Как можно свернуть ДНК

How can you make an arbitrary shape or pattern out of DNA?

в произвольную форму или структуру? Я решил воспользоваться

I decided to use a type of DNA origami,

чем-то типа ДНК оригами: берёшь длинную нить ДНК

where you take a long strand of DNA

and fold it into whatever shape or pattern you might want.

и складываешь в какую угодно форму или структуру.

So here's a shape.

Вот пример формы. Над составлением кода мне пришлось примерно год попотеть дома,

I actually spent about a year in my home in my underwear, coding,

в нижнем белье – точно, как Линус Торвальдс на одной из фотографий перед этим.

like Linus [Torvalds], in that picture before.

This program takes a shape and spits out 250 DNA sequences.

Итак, задаётся форма и программа составляет 250 коротких последовательностей

These short DNA sequences are what are going to fold the long strand

ДНК, которые в дальнейшем свернут длинную нить ДНК в требуемую форму.

into this shape that we want to make.

Есть компания, которая занимается вот чем. Посылаешь электронное письмо

So you send an e-mail with these sequences in it

со своей последовательностью и они её «произносят»

to a company,

and the company pronounces them on a DNA synthesizer,

на синтезаторе ДНК.

a machine about the size of a photocopier.

Этот прибор, размером с фотокопировальную машину,

And they take your e-mail,

заменяет каждую указанную в сообщении букву,

and every letter in your e-mail, they replace with a 30-atom cluster --

на набор из 30-и атомов, для каждой буквы свой:

one for each letter, A, T, C and G in DNA.

A, T, C, и G – как в ДНК. Выстроенные в требуемые последовательности наборы

They string them up in the right sequence,

and then they send them back to you via FedEx.

отсылаются срочной почтой FedEx.

So you get 250 of these in the mail in little tubes.

В посылке их 250 штук в пробирках.

I mix them together, add a little bit of salt water,

Перемешиваешь, заливаешь немного солёной воды,

and then add this long strand I was telling you about,

добавляешь ту длинную нить, о которой я говорил –

that I've stolen from a virus.

я её изъял у вируса. Затем нагреваешь смесь до почти кипения,

And then what happens is,

you heat this whole thing up to about boiling.

охлаждаешь до комнатной температуры и,

You cool it down to room temperature,

and as you do, those short strands do the following thing:

по мере остывания,

короткие нити делают вот что:

each one of them binds that long strand in one place,

каждая скрепляется с длинной нитью в определённом месте одним концом,

and then has a second half that binds that long strand in a distant place,

а другим концом – с другим участком той же длинной нити,

and brings those two parts of the long strand

что сводит две части длинной нити вместе

close together so they stick together.

и они склеиваются.

So the net effect of all 250 of these strands

В результате 250 коротких нитей складывают

is to fold the long strand into the shape you're looking for.

длинную нить в соответствующий вид, и получается

It'll approximate that shape.

приближение к заданной форме. Мы реально достигаем это в пробирке.

We do this for real, in the test tube.

In each little drop of water, you get 50 billion of these guys.

В каждой капле воды – 50 миллиардов этих штучек.

With a microscope, you can see them on a surface.

Через микроскоп можно увидеть их на [фоне] поверхности.

The neat thing is if you change the sequence and change the spell,

Особенно интересна

возможность изменить заклинание – это изменит последовательность скрепок.

just change the sequence of the staples,

you can make a molecule that looks like this.

Можно сделать молекулу такого вида и, оказывается,

And, you know, he likes to hang out with his buddies.

она стремится болтаться с себе подобными. Многие из них

A lot of them are actually pretty good.

получились весьма неплохо.

If you change the spell again, you change the sequence again,

Снова изменишь заклинание – снова изменится последовательность и

you get really nice, 130-nanometer triangles.

получишь прелестные треугольники длиной в 130 нанометров. Измени ещё раз –

If you do it again,

you can get arbitrary patterns.

получишь произвольную форму. Можно на фоне прямоугольника

So on a rectangle, you can paint patterns of North and South America,

нарисовать образ Северной и Южной Америки, или слова «ДНК».

or the words, "DNA."

So that's DNA origami. That's one way.

Вот что такое ДНК оригами. Это один из способов – а их много –

There are many ways of casting molecular spells using DNA.

делать молекулярные заклинания с помощью ДНК.

What we really want to do in the end

На самом деле наша конечная цель – научиться программировать

is learn how to program self-assembly so we can build anything, right?

самосборку, что откроет возможность строить что угодно.

We want to be able to build technological artifacts

Мы хотим строить объекты технологии –

that are maybe good for the world.

от этого будет польза всем.

We want to learn how to build biological artifacts,

Хотим научиться строить объекты биологии – людей, китов, деревья.

like people and whales and trees.

And if it's the case that we can reach that level of complexity,

И если нам удастся достичь этого уровня сложности,

if our ability to program molecules gets to be that good,

если наша способность программировать молекулы будет настолько успешна,

then that will truly be magic.

то это реально станет чародейством. Благодарю вас.

Thank you very much.

(Аплодисменты)

(Applause)